用于微流量系統的一種微型泵
發布時間：2017-11-22
隨著科學技術的發展,納米微米技術也隨之得到發展,尤其近些年內,國內外在微制造技術的發展取得了很大進展,如LIGA電鑄技術及IC技術,使得某些微機械、微馬達、微傳感器、微加速度計及微型泵等得以實現,并有的已經成為商品。微型泵的研究,近幾年發展也很快,它是微循環系統,微分析系統等等不可缺少的主要器件,國外已有很大突破。本文擬介紹德國KARLSRUHE研究中心,微結構技術研究所所研制的一種新型薄膜微型泵。
這種微型泵是利用加熱器加熱氣室,使氣室內壓力改變推動薄膜運動,從而打開(或關閉)人口處微閥門并同時關閉(或打開)出口微閥門,使氣體定向流動,這種微型泵的流速可達150～200μl/min,其大小為9mm×10mm×3mm。
1微型泵的結構及工作原理
微型泵是用塑料材料制做的,在微型泵上部粘接兩個小噴管,可以與外部微循環系統相連接。電控部分通過扁平電纜連接。圖1―1出了這種微型泵的結構圖。它是由兩個用聚砜材料鑄模而成的微型泵體。在中間有一層1.5μm厚的聚酰亞胺薄膜。這個薄膜充當推動泵腔內氣體定向流動的振動膜。振動膜部分為直徑 3.8mm,在它上面有黃金材料的盤繞式薄片加熱器,加熱器由頻率可達20Hz的電脈沖控制。當加熱器被電脈沖加熱時,使微型泵的氣室內空氣壓力增加,這個壓力推動薄膜向下運動,使泵腔內氣體壓力增加,此時入口處微閥門被關閉,同時出口處微閥門被打開,使氣體流出。當加熱器停止加熱時,氣室內逐漸冷卻,振動膜恢復原來狀態,使原泵內氣體壓力減少。此時,入口處微閥門被打開,同時出口處微閥門被關閉,使氣體流入泵腔。當加熱器再一次被加熱時,使氣室內氣體壓力增加,推動薄膜向下運動,使泵腔內氣體又從出口處流出。這樣循環下去,就使氣體連續定向流出。這就是這種微型泵的工作原理。這種微型泵由電壓為15V,頻率達20Hz的電脈動驅動。最大流速可達150～200μl/min。在減小流速時,可產生70～100hpa的壓力。這個流速和壓力可以通過加熱器控制。
圖1―2所示為微型泵流速隨氣壓及驅動器頻率的函數關系。
2應用舉例
這種微型泵是為傳輸氣體而設計的,液體不能直接被傳輸,而是通過在液體之前的氣墊來實現的。圖2―1a是一個傳輸液體的應用例子。在液體的上面有一個氣墊,氣墊與這種微型泵相連,由微型泵流出的氣體使氣墊的壓力增加,這個壓力又使液體從微小噴管流出,達到傳輸液體的功能。這種工作模式有很多好處。其一避免由于液體內存在微小的微粒或氣泡等原因堵塞微型泵;其二解決第一次不能充滿微型泵的問題;其三這種工作模式,使液體流速更均勻。
圖2―1b給出了這種微型泵的另一個應用例子。用于化學分析,利用兩個微型泵,當左邊的微型泵處于箭頭所示方向的工作狀態時,減小傳感器上面的微管內壓力,使被分析液體進入傳感器,進行分析測量。當測量結束時,右邊的微型泵按箭頭方向進行工作,使微管內壓力增加,被分析的液體從傳感器噴出,為下一次分析測量作好了準備。這就是這個應用例子的工作原理。
摘自：中國計量測控網
